李開強(qiáng) 賈靈慈 劉 震 易 磊

（華北水利水電大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450046）

0 引言

滑坡是一種危害程度高、規(guī)模大、次數(shù)頻繁且有規(guī)律可循的自然災(zāi)害［1］。這種現(xiàn)象指的是研究區(qū)域的巖土體在多種地質(zhì)條件的共同作用下，導(dǎo)致原有的穩(wěn)定狀態(tài)向不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在坡體自重或者坡體上方荷載的作用下，巖土體沿著軟弱面向下發(fā)生滑動導(dǎo)致失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生［2］。這種不良地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生，致使道路中斷、交通受阻、河道因山體滑落發(fā)生堵塞、多數(shù)的村莊住宅被無情地摧毀，人們因此流離失所甚至失去生命［3］。

本研究選取的滑坡場地位于四川省涼山州會理縣黎溪鎮(zhèn)羊地河工業(yè)園區(qū)昆鵬銅業(yè)陽極銅廠區(qū)內(nèi)（見圖1），滑坡體寬約126 m，長約103 m，滑面埋深為10～20 m，滑坡面積約12 000 m2，體積約1.9×105 m3，主滑方向約為25°，地面下沉，2#柱發(fā)生傾斜，滑坡上的施工結(jié)構(gòu)（水溝、拱形支護(hù)拱圈、臺階）出現(xiàn)裂縫，2#柱的螺栓斷裂，立柱傾斜，對生產(chǎn)造成了一定的影響?；麦w頂部原為一平緩場地，現(xiàn)凹凸不平，后緣裂縫寬大?；麦w與后面渣緩堆場是經(jīng)碾壓而成，但碾壓時分層厚度不一，碾壓效果不好，以致后面渣緩堆場經(jīng)過振沖樁進(jìn)行處理。滑坡體頂部在未形成滑坡時，頂部無規(guī)則堆有廢棄銅材和鋼材，局部堆放，局部荷載大，當(dāng)出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象后重物被移走。重物移走后經(jīng)過監(jiān)測2#柱依然發(fā)生偏移，地面依舊在沉降和水平變形。整個滑坡體西南面沉降和水平變形大，東南面變形小。目前，滑坡體頂滑坡范圍內(nèi)的圍墻已經(jīng)拆除，圍墻上裂縫也呈斜裂縫，裂縫方向大約25°，局部還向外傾倒，拆除后修建鋼絲網(wǎng)圍欄。該滑坡直接危害到昆鵬銅業(yè)陽極銅有限公司的生產(chǎn)和人身財(cái)產(chǎn)安全，而且滑坡后將產(chǎn)生大量的松散堆積體，在暴雨情況下將形成人工泥石流，不僅對下游生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，還會對兩側(cè)山體進(jìn)行劇烈的側(cè)蝕，對溝谷進(jìn)行下蝕將造成嚴(yán)重的工程地質(zhì)條件改變。

圖1 滑坡全貌

1 滑坡區(qū)地質(zhì)條件及滑坡特征

研究區(qū)原始地形屬于溝谷陡坡地形，滑坡位于該溝谷陡坡上段，目前場地經(jīng)過改造，經(jīng)強(qiáng)夯或壓實(shí)到現(xiàn)在廠房地坪標(biāo)高而整平，改造成一堆場平臺，平臺外坡面采用拱形護(hù)坡和分臺放坡。原地貌陡坡多為50°～70°，坡腳陡峭，地勢為兩山夾一溝?；碌囟蔚淖畲蠛妥钚?biāo)高分別為1 758.698 m和1 731.00 m，相對高差27.698 m。

1.1 地層巖性

滑坡區(qū)自上而下可分為如下兩大層。（1）壓密填土：褐黃色、灰黑色、灰白色，以黏土為主，其中砂礫和粗沙占20%，塊石較少，礫石顆粒直徑10～80 mm，塊狀顆粒直徑200～260 mm，濕度為稍濕，中密-密實(shí)，整場都有分布。（2）前震旦系下統(tǒng)澄江組礫巖（Zac）：①前震旦系下統(tǒng)澄江組強(qiáng)風(fēng)化礫巖：黃褐色，灰白色，礫石成分為泥巖、泥灰?guī)r、砂巖和雜質(zhì)巖，泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)，礫石顆粒直徑為1～120 cm，多為亞圓形，少數(shù)為棱角形，有大量的風(fēng)化節(jié)理裂縫，大多數(shù)結(jié)構(gòu)已被破壞，巖體破碎，礦物組成發(fā)生了明顯的改變，巖芯呈碎塊夾土狀，礫狀結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，整場都有分布；②前震旦系下統(tǒng)澄江組中風(fēng)化礫巖：黃褐色，褐紅色，礫石成分為泥巖、泥灰?guī)r、砂巖和雜質(zhì)巖，泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)，礫石粒徑1～120 cm，基本呈亞圓形，少量呈棱角形，風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，部分結(jié)構(gòu)被破壞，巖體較破碎，巖芯多呈短柱狀，少量呈長柱狀，礫狀結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，整場都有分布。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)處于我國南北地震帶中段，斷裂發(fā)育，不時受到鄰區(qū)強(qiáng)震的影響，但新構(gòu)造活動不明顯。與地震活動有關(guān)的主要活動斷裂為安寧河、昔格達(dá)、箐河、普威和桐子林-李明久，這些斷裂帶控制了地震分布，但場地內(nèi)無明顯新構(gòu)造活動形跡及其他不良地質(zhì)作用，從地殼穩(wěn)定性來看為較穩(wěn)定區(qū)，為理想的建筑場地，適合建筑。場地未見大面積斷裂構(gòu)造，晚近期構(gòu)造活動較弱，場地內(nèi)新構(gòu)造活動形跡不明顯，離場地距離和時間都最近的一次地震為攀枝花“8.30”地震，震級為6.1級，對場地基本無害。

1.3 水文地質(zhì)條件

滑坡穩(wěn)定地下水埋藏較深，場地地下水以孔隙形式存在于壓實(shí)填土中。受到地下徑流影響，主要由大氣降水補(bǔ)給。地表蒸發(fā)和地下徑流是主要的排水形式。地下水無色、無味、透明，場地內(nèi)地下水屬HCO3-Ca型水。通過對混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場水體對鋼筋具有一定的微腐蝕作用。

1.4 滑坡特征

本滑坡是在人為因素和自然因素共同作用下，由填土構(gòu)成沿著軟弱結(jié)構(gòu)面滑移而形成的。由于滑坡層厚度在10～20 m，屬于中層推移式工程滑坡?；率怯缮隙蜗劝l(fā)生變形，再由上往下傳遞，一直到前緣。在破壞過程中，兩側(cè)出現(xiàn)了剪切型的拉裂縫，而且由于整個滑面有輕微的起伏，并且整個滑面的滑移速率也不均勻，因此在不同的位置出現(xiàn)了裂縫，且裂縫的大小也各不相同。

2 滑坡形成機(jī)制

填土與基巖接觸面在多種因素作用下常在接觸面處或填土層中分層填筑面形成軟弱結(jié)構(gòu)面。由于滑坡區(qū)滑帶土結(jié)構(gòu)較松散，局部有塊石，含水量大，漏水嚴(yán)重，這都為地表水的滲入及地下水的流通提供了良好的“通道”，這些水流匯聚后形成向下游流動的潛流，對上部巖土體起到浮托作用，在重力的作用下沿著潛流底部的界面發(fā)生了自重滑動，在底部形成了一個滑床。這種由各種結(jié)構(gòu)面形成上陡下緩的組合形式，并有利于地下水的活動，在這種地質(zhì)情況下，很容易發(fā)生滑坡。原地形陡坡多在50°～70°變化，坡底較陡，地勢兩山夾一溝，為滑坡的下滑提供了空間。

邊坡匯水面積大，坡面沒有良好的排水系統(tǒng)，為滑坡提供了有利的環(huán)境。場地沒有封面，在陽光暴曬和暴雨的侵蝕下容易沿軟弱面引起土體強(qiáng)度的降低。地表水容易滲入滑坡的松散土體中，使其土體重度增加，抗剪強(qiáng)度指數(shù)下降。在長時間的重力和風(fēng)化作用下，軟弱面逐漸貫通，滑坡體的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了變化。在強(qiáng)降雨條件下，由于雨水的大量滲透，導(dǎo)致了松散土體的強(qiáng)度下降，在惡劣的地形環(huán)境中出現(xiàn)了滑移現(xiàn)象。

人類工程活動是誘發(fā)此滑坡發(fā)生大規(guī)?；瑒拥淖钪饕蛩?。滑坡體后緣堆積了大量的材料，荷載增加。同時廠房用水排放沒有專門的管道，生活用水、雨水等自由滲流進(jìn)入地層，造成了土體抗剪強(qiáng)度降低，從而形成了滑坡。

3 滑坡穩(wěn)定性極限平衡分析

極限平衡法是工程分析領(lǐng)域常用的分析方法之一，它的主要理論分析依據(jù)是莫爾-庫倫強(qiáng)度理論，主要思想是建立每個條塊力平衡方程和力矩平衡方程，從而求解邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)［4］。假設(shè)巖土體是剛性的，不會發(fā)生任何變形，但是通過靜力（或力矩）的平衡，可以得到巖石表面的反作用力，從而進(jìn)行穩(wěn)定分析。同時，由于極限平衡法中的計(jì)算方法較多，因此在進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算和分析時，應(yīng)根據(jù)工程的特點(diǎn)選擇合適的計(jì)算方法。本研究為了更好地反映實(shí)際情況，選用了Morgenstern-Price法［5］、Bishop法［6］、Janbu法［7］進(jìn)行對比分析，從而能夠得出比較適宜的極限平衡計(jì)算方法。

3.1 計(jì)算模型

根據(jù)滑坡地質(zhì)勘查資料，選取其中一個典型剖面（見圖2）作為算例，建立的二維模型如圖3所示。地層從上至下分別為素填土、強(qiáng)風(fēng)化礫巖、中分化礫巖；采用四邊形和三角形網(wǎng)格劃分網(wǎng)格單元，共劃分為15 840個單元、16 065個節(jié)點(diǎn)。

圖2 滑坡主剖面圖

圖3 滑坡模型網(wǎng)格劃分

3.2 計(jì)算工況

由于場地類型為二類場地且為中軟土，處于抗震不利地段。因此進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時主要考慮暴雨和地震的影響。進(jìn)行以下三種工況模擬：工況1為自然工況；工況2為暴雨工況；工況3為地震工況。

3.3 計(jì)算參數(shù)

基于滑坡現(xiàn)場勘察報告和室內(nèi)試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)，確定了滑坡巖土層的相關(guān)工程地質(zhì)參數(shù)。滑坡模型所用的參數(shù)如表1所示。

表1 巖土體物理參數(shù)

3.4 計(jì)算結(jié)果分析評價

3.4.1 自然工況。在自然條件下，軟件通過對最危險的滑動面進(jìn)行系統(tǒng)的自動查找，確定滑面的位置，圖4給出Morgenstern-Price法模擬結(jié)果，其余計(jì)算結(jié)果見表2。從上述結(jié)果可以看出，計(jì)算出的穩(wěn)定性系數(shù)大小由于使用的方法不同有所差異。計(jì)算結(jié)果按數(shù)值大小排列為：Morgenstern-Price法＞Bishop法＞Janbu法，滑動面形狀為一圓弧形，位于滑坡上部素填土土層中靠近下部基巖的地方，說明昆鵬銅業(yè)滑坡的再次失穩(wěn)可能會沿著下部基巖和上部素填土土層的基覆交界面發(fā)生滑移。結(jié)合《滑坡防治工程勘察規(guī)范》（見表3）的判定標(biāo)準(zhǔn)［8］。在三種方法計(jì)算下，滑坡都處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡總體安全儲量不足，因?yàn)槠浒踩禂?shù)僅稍高于穩(wěn)定狀態(tài)的臨界值，在外界條件改變的情況下容易加速下滑。

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)對比表

圖4 Morgenstern-Price法

3.4.2 暴雨工況。暴雨工況下主要研究了滑坡在不同降雨強(qiáng)度條件下穩(wěn)定性系數(shù)變化的情況。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，結(jié)合降雨強(qiáng)度等級劃分（見表4），設(shè)定了以下幾種降雨工況：小雨（10 mm/24 h）、中雨（25 mm/24 h）、大雨（50 mm/24 h）、暴雨（100 mm/24 h）、大暴雨（200 mm/24 h）。結(jié)合地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)將素填土飽和滲透系數(shù)取值設(shè)定為8.6e-6 m/s，飽和體積含水率為0.36。分別使用Morgenstern-Price法（見圖5）、Bishop法、Janbu法計(jì)算得出滑坡在不同降雨強(qiáng)度下持續(xù)6 h的穩(wěn)定性系數(shù)。

表4 降雨強(qiáng)度等級劃分

圖5 Morgenstern-Price法（100 mm/24 h）

計(jì)算結(jié)果（見表5）表明，在降雨情況下滑坡穩(wěn)定性會逐步下降，滑坡會由基本穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。這是因?yàn)榻涤甑挠绊?，?dǎo)致滑坡體的自重增加，滑坡體的滑移力增大，而滑移面的黏聚力和內(nèi)摩擦角都會減小，因此，穩(wěn)定性系數(shù)比自然自重條件下要小，在素填土土層中出現(xiàn)了一個變形破壞面，滑坡沿著該滑面已經(jīng)發(fā)生了失穩(wěn)破壞，滑坡此時處于失穩(wěn)狀態(tài)。通過上述結(jié)果可知，由于外部因素的影響，滑坡在上部素填土土層中的某個薄弱面上會發(fā)生弧形滑移。

表5 降雨工況穩(wěn)定性計(jì)算成果表

3.4.3 地震工況。地震工況下分別設(shè)定6級、7級、8級烈度進(jìn)行模擬計(jì)算，利用Geostudio的SLOPE/W模塊進(jìn)行擬靜力計(jì)算，得到在不同工況條件下的穩(wěn)定性系數(shù)（見表6）。計(jì)算結(jié)果表明，地震對滑坡的影響比較大，在6級烈度下穩(wěn)定性系數(shù)由自重狀態(tài)的1.114降低至1.018，滑坡從基本穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榍贩€(wěn)定狀態(tài)；而在7級、8級烈度工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)降低至0.935、0.800，滑坡已經(jīng)完全失穩(wěn)。

表6 地震工況穩(wěn)定性計(jì)算成果表

3.4.4 最不利工況。由于滑坡區(qū)域雨季主要分布在4—9月，年均降水量為1 150 mm，24 h最大降雨總量為168.5 mm；離場地距離和時間都最近的一次地震為攀枝花6.1級地震。所以考慮最不利工況時采用168.5 mm/24 h和6級地震烈度耦合進(jìn)行模擬計(jì)算（見圖6）。

圖6 Morgenstern-Price法（降雨地震耦合）

從模擬結(jié)果（見表7）可以看出，在最不利工況下，地震和降雨同時存在時比兩者單獨(dú)存在所造成的影響要大得多。穩(wěn)定性系數(shù)由自重狀態(tài)的1.114降低至0.836，滑坡此時已經(jīng)完全失穩(wěn)。降雨導(dǎo)致了滑坡體的自重增加，滑坡體的滑移力增大；此時地震的加入可能會使原本穩(wěn)定的巖土體變得松散，造成更大規(guī)模的滑坡。

表7 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)對比表（地震降雨耦合）

4 結(jié)論

①天然狀態(tài)下昆鵬銅業(yè)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.114，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但滑坡安全儲備不夠，容易受到外界環(huán)境變化的影響，在暴雨催化和地震作用下可能出現(xiàn)失穩(wěn)甚至更大規(guī)模的滑坡。

②降雨在一定程度上減弱了滑坡的穩(wěn)定性，而暴雨則會導(dǎo)致其失穩(wěn)。隨著降雨量的增加，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)也在不斷地降低。具體影響作用表現(xiàn)為：在降雨過程中，隨著雨水的下滲，坡體內(nèi)體積含水量增加，使得坡體自重增加，滑動面的黏聚力和內(nèi)摩擦角都會降低，最終共同影響了滑坡的穩(wěn)定性。

③地震對昆鵬銅業(yè)滑坡造成了很大的沖擊，坡體在地震中受損，出現(xiàn)了拉裂縫影響了滑坡的穩(wěn)定性。6級烈度地震使滑坡處于欠穩(wěn)定到不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，而7級及以上烈度地震會使滑坡失穩(wěn)。

④昆鵬銅業(yè)滑坡現(xiàn)在處于蠕滑階段，因此必須對該滑坡進(jìn)行治理，否則由于降雨入滲、風(fēng)化、荷載增大、地震等因素，滑坡環(huán)境將進(jìn)一步惡化，引發(fā)更大范圍的滑坡，形成泥石流，破壞生態(tài)環(huán)境，危及場區(qū)安全和生產(chǎn)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。建議完善滑坡區(qū)域的排水措施，對滑坡進(jìn)行支擋和裂縫填塞處理。